Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №4
Шрифт:
Имеет смысл разобраться с принципами систематики, в соответствии, с которой царство животных разбито на группы, прежде, чем мы перейдем к знакомству с ними.
Когда отец систематики Карл Линней разбил живые организмы на группы, то он сделал это хотя и интуитивно, но весьма удачно. Например, отнес филина и журавля к птицам, а жирафа и медведя к млекопитающим. А ведь можно было бы объединить в группу длинношеих жирафа и журавля, а остальных отнести к короткошеим. Однако следует как-то определиться, какие признаки более, а какие менее существенны, иначе можно бесконечно и бессмысленно спорить до хрипоты о том, что просто является делом вкуса. С появлением эволюционной теории стало ясно, что должна отражать правильная систематика: она должна отражать происхождение организмов, степень их родства друг с другом, т. е. как давно жил общий предок двух организмов или двух групп организмов.
Наглядный пример — крылатые насекомые. Крылья у них сконструированы совершенно иначе, чем у других активно летающих животных. Это всегда выросты покровов спинной стороны 2-го и 3-го сегментов груди. Крылья всегда приводятся в движение не непосредственно, а мускулами, двигающими скелетизированные участки сегментов, к которым крылья прикреплены. Крылья имеют скелет — жилки, основная геометрия которых очень консервативна и совпадает у всех насекомых. Крылья отсутствуют у личинок. И еще много чего… Т. е., у всех насекомых крылья устроены одинаково, а больше ни у кого так не устроены. А у вшей, например, от крыльев не осталось и воспоминаний, но все равно иннервация и мускулатура 2-го и 3-го сегментов, ясно указывают, что они там когда-то были. Единственное разумное объяснение этого — предположить, что такие крылья возникли единожды в ходе эволюции, а значит, все насекомые имеют общего предка, который более никому общим предком не был. А значит все насекомые — монофилетическая (родственная, имеющая общего предка) группа, и выделение их всех в отдельный класс абсолютно правомерно.
В последнее время появился новый метод определения степени родства — сравнение непосредственно геномов разных организмов. В ближайшее время молекулярно-генетические исследования очень многое изменят в наших представлениях о том, какова была на самом деле история происхождения жизни на Земле, и появится новая систематика, наверняка не очень неудобная в использовании. Во-первых, кое-какие кажущиеся похожими группы организмов окажутся вовсе не родственны друг другу, во-вторых, придется отказаться от рангов, вроде семейства, отряда и т. п., и просто построить систему в виде огромного ветвящегося дерева, что добавит немало трудностей начинающим изучение биологии. Ну и ладно, разберутся как-нибудь.
По-другому решается только вопрос о том, относятся два организма к одному виду или к разным. Вид — это множество особей (или множество популяций особей) между которыми обмен генами осуществляется постоянно, эпизодически или, хотя бы, теоретически возможен. Пока это происходит, эволюционная судьба всего множества организмов общая, а если процесс обмена генетической информацией прерван, то каждая группа идет своим путем. Как правило, сначала возникает географическая изоляция, например река разделяет две половины популяции, а потом, когда река вновь пересохнет и популяции смешаются, может оказаться, что они теперь изолированы не географически, а генетически, т. е. возникли два разных вида. Критерий репродуктивной изоляции иногда поддается экспериментальной проверке, но чаще носит теоретический, умозрительный характер. Например, две популяции еще географически разделены и кто знает, как они себя повели бы, если бы преграды не было. Или, искусственно овчарку можно оплодотворить спермой таксы, а при одичании этих собак, такое развитие событий выглядит маловероятным. Или организмы вообще утратили половое размножение, и остается лишь спрашивать себя, а что было бы, если бы не утратили. Но лучше уж такой философский критерий, чем вовсе никакого.
3. Простейшие
Как и прокариоты (бактерии), высшие одноклеточные организмы бывают и с растительным, и с животным типом питания, и рассматриваются одни в курсе ботаники, другие зоологии. Искусственно такое деление или нет, не очень понятно, но оно удобно для данного материала.
К зоологическому типу простейших относятся:
a) Несколько, вероятно, неродственных групп паразитических организмов, сильно измененных из-за такого недостойного образа жизни. Это явно боковые ветви эволюции простейших.
b) Инфузории — очень специализированные свободноживущие организмы, иллюстрирующие предельные конструктивные возможности
c) Группа амеб и жгутиконосцев, наиболее близкая к исходной организации простейших и исходная для перехода к многоклеточности. Посмотрим на их примере, как живут простейшие. Главное заключается в том, что все задачи, стоящие перед организмом должны быть решены силами одной клетки. Функционирование клетки — предмет цитологии, мы же рассмотрим только некоторые особенности, специфические для простейших и важные для дальнейшего изложения.
Размножение и половой процесс. Тут не должно быть путаницы. У людей, например, размножение и половой процесс совмещены, и мы можем воспринимать это как само собой разумеющееся совмещение и для других организмов. Но размножение — это просто увеличение количества особей. При этом дочерние особи получаются идентичными родительским, т. е. применительно к людям, происходило бы то, что сейчас называется клонированием. Половой процесс, напротив, происходит не для увеличения количества особей, но с целью увеличения генетического разнообразия популяции.
На первый взгляд может показаться, что генетическое разнообразие — задача совершенно второстепенная по сравнению с размножением. Зачем тратить столько энергии на перекрестное оплодотворение, а в результате, наряду с жизнеспособным потомством, плодить и уродов, которые все равно выбраковываются естественным отбором? Можно привести примеры высших растений, которые утратили половой процесс и, размножаясь вегетативно, процветают, или высокоорганизованных животных, успешно размножающихся партеногенетически (т. е. откладывая неоплодотворенные яйца). Все так, но благоденствие этих видов будет, увы, очень недолгим, поскольку совершенная конструкция, отобранная для копирования, совершенна только для определенных условий существования, а условия эти как раз очень непостоянны. Нельзя ответить на вопрос что лучше — сапоги или сандалии, не зная где и когда их придется носить, одинаково смешон человек в сапогах на пляже и в сандалиях зимой. При половом процессе популяция накапливает резерв генетической изменчивости и, рекомбинируя генотипы, создает в каждом поколении особей, способных эффективно ответить на сегодняшние или будущие вызовы среды. При этом немалые издержки ресурсов, которые тратятся на половой процесс, с лихвой окупаются.
Так вот, простейшие — это группа организмов, у которых половой процесс еще отделен от размножения, которое происходит при простом митотическом делении клеток. При половом же процессе сначала происходит мейотическое деление клетки, которое имеет результатом перегруппировку генов в хромосомах и редукцию хромосомного набора до гаплоидного (одинарного). Далее у жгутиконосцев происходит слияние таких гаплоидных клеток, а у инфузорий конъюгация, в ходе которой клетки сначала сближаются, затем обмениваются гаплоидными ядрами (у каждой особи их к этому моменту по два), затем ядра попарно сливаются, восстанавливая исходный диплоидный (двойной) набор хромосом. И в том, и в другом случае, никакого размножения, только генетическая рекомбинация.
Движение простейших происходит либо с помощью жгутика или многих жгутиков — ресничек (как у инфузорий), либо перетеканием тела (как у амеб).
Питание. Для животного питания необходимо растворить другой организм, т. е. превратить его белки в 20 аминокислот, ДНК в 4 нуклеотида и т. д. Затем эти универсальные органические вещества можно использовать для извлечения энергии и для строительства собственных белков, ДНК и т. д. Необходимые ферменты, катализирующие такие реакции, у простейших имеются. Беда только в том, что окружающая среда, будь то океан, пруд или капля, очень велика по сравнению с, например, амебой, поэтому, просто выделив эти ферменты в пруд, амеба никакого успеха не добьется, а только зря потратит ресурсы. Следовательно, необходимо уменьшить объем среды до такого, в котором процесс пищеварения станет эффективен. Амеба добивается этого, обволакивая добычу и заключая ее в пищеварительную вакуоль. Другие простейшие делают в принципе то же самое, с той разницей, что пищеварительные вакуоли образуются не в любом месте клетки, а в определенном, а подогнать добычу к нужному участку помогают жгутик или реснички. Другая амеба может съесть первую, если имеет достаточные размеры, чтобы заключить ее в свою пищеварительную вакуоль. Бесконечно так продолжаться не может, поскольку, размер клетки, при котором она может функционировать, ограничен. Как защититься маленькой амебе? Выход один — объединиться. При этом те амебки, которые окажутся внутри скопления, лишатся доступа к источнику питания и либо вымрут, либо переберутся наружу. В результате получится полый шар — колония простейших (рис. 1, 2).